中國科學院院士俞汝勤教授
分析化學與化學計量學
總體來講,分析化學在化學領域還不算是很強大的學科,常被視為僅提供一些服務性工作的學科,不是很被看重。俞汝勤先生說到,打個比方,就像病人去醫院看病只知道醫生,并不重視醫院的各類檢查化驗室;分析化學就類似醫院的化驗室,你說地位會很高嗎?不會很高!盡管化學家作出新的貢獻,也離不開分析化學的幫助。比如,找到一個新的物質、材料,這也需要分析化學來檢測。但是,人們只記住了發現新現象、新化合物的人,而忽視了其中的分析工作者。在化學界,分析化學家要取得一些成績很艱難,需要付出更多的努力,才能讓人來重視這個學科。其實,化學界本身對分析化學還予以小視是沒有道理的。
回顧歷史,200多年前,德國的哲學家康德提出一個論點,化學在我看來,還不能算是一個真正的科學。因為化學家還不能用數學方法來處理化學問題,不能用數學演繹化學原理,化學只是經驗的總結;而物理學是真正的科學,可以用數學來處理。康德這個觀點對學術界影響非常大,所以長期以來,人們認為化學這門學科還是有欠缺的,比物理學有差距,差距在無法用數學來演繹化學理論。今天,化學可以正面地回答康德當年的問題了,已經沒有人懷疑化學不是一門真正的科學,用計算化學、量子化學等來演繹、闡述化學理論,應用數學來解決化學問題,這也包含了化學計量學。分析化學家和理論化學家走到一起,應用數學原理來演繹化學問題做的相當成功,尤其結合計算機技術后,效率很好。
今天重提康德的老話。當年,化學受到這樣一個評價;現在,分析化學也面臨一個窘境——化學界對分析化學的定位不太高,雖然覺得分析化學是必要的,但并不覺得是一個蠻有地位的分支,只是輔助的。
不要忽視分析化學的一個重要分支——化學計量學,化學計量學是化學領域、特別是分析化學領域相關的比較新興的東西,發展迅速,目前已經在一定程度上可與計算化學、量子化學相比肩。化學計量學具有一個特點:運用數學化、建立數學模型、充分利用數學方法,代表著分析化學的科學化、信息化方向。
分析化學應用數學雖然不是最好的,但絕不是用的很差的。分析化學家發展化學計量學發展的很好,利用數學方法取得了很高的水平。當年,化學家不能很好地用數學來演繹化學科學,所以不承認化學是一門真正的科學;今天,化學家不應該忘記當年為什么被人家覺得化學科學水平不高、不是真正的科學;化學界對分析化學不要存在有偏見,忽視分析化學這一分支,這個很重要的分支,俞汝勤先生強調到。
同時,分析化學界也要重視化學計量學,把分析化學進一步提高。要記住,當年化學家的數學模型建立的不好,讓康德不認為化學是一門科學,現在分析化學界還有一些人忽視化學計量學。其實,現在要把分析化學地位提高,把化學計量學搞好就是一個很重要的方面。因為這正好代表了分析化學家可以應用數學方法演繹分析化學理論、解決分析化學的問題,化學計量學將幫助分析化學真正確定學科地位——那就是康德意義上的科學。應該把化學計量學發展好,俞汝勤說到:“倡導在化學研究當中,盡量提高研究水平,充分地利用數學模型,建立一個嚴謹的現代分析化學。康德給哲學帶來了哥白尼式革命,重溫康德對早期化學的評價,可以引起分析化學界重視化學計量學這一分支,認識到分析化學與化學計量學結合的美好道路,在化學研究中掀起一場‘哥白尼式的革命’ ”。
化學計量學在中國
國際上,化學計量學是在20世紀70年代初發展起來的;中國的化學計量學基本與國際同步,只是由于歷史原因稍有所耽擱,1976年開始起步。隨著計算機時代來臨,整個科學技術都在實現四個現代化、在走信息化道路,分析化學也不例外。我國老一代科學家把化學學科、分析化學發展起來,在建國以后的資源勘探(找礦)、兩彈一星特殊材料分析等方面,老一輩分析化學家做出很多貢獻。現在,面臨學科跟上儀器化、現代化、信息化的時代要求,新一代分析化學人也要跟上。
中國化學計量學在世界上已經占有一席之地,據英國統計,2009年開始,中國學者在國際上的刊出文章數量已經名列前茅。化學計量學有兩個重要雜志:一個是主編在歐洲的《化學計量學與人工智能實驗室雜志》,另一個是主編在美國的《化學計量學雜志》。據了解,前者,中南大學教授梁逸曾參與編輯、審定工作,并負責亞洲地區的稿件;后者,俞汝勤先生出任編輯,承擔亞洲地區的稿件組織、審定工作。
俞汝勤說到, “國際化學計量學大會”放在亞洲、放在中國、放在長沙開,這是很不容易的一件事。作為化學計量學領域代表最高學術地位的會議,以前一直在歐、美兩大洲輪流召開,這是第一次放在亞洲·中國召開。第十五屆國際化學計量學大會能在中國成功舉辦,一方面,中南大學教授梁逸曾和湖南大學教授吳海龍做了很多工作:2012年,在匈牙利布達佩斯召開,他們兩人提交了在中國主辦的申請,經科學委員會審議,得到初步肯定的答復;在2014年美國召開的大會上,最終確定第十五屆在亞洲·中國召開。另一方面,這也是對中國化學計量學學術地位的肯定,主辦地必須具有較好的基礎,才能辦好大會;這也就是說,國際上承認中國湖南是世界上做化學計量學的一個重要地點,他們至少承認這個事實。本屆會議吸引近80位外國專家學者代表到會,國際化學計量學的許多核心代表人物到會,現場學術交流非常活躍。
說起在第十五屆國際化學計量學大會所授予的化學計量學終身成就獎,俞汝勤先生表示:“我感到很慚愧。因為這個獎代表比較高的榮譽;所以,我看成是這個獎是代表國際同行對中國化學計量學學界的鼓勵,把這個獎授予一個中國的學者,說明國際同行認同我們的工作,我們做的工作還是很有限,這也是國際同行對中國化學計量學學者的一個鼓勵吧!我們將繼續努力。”(相關報道請見:俞汝勤院士榮獲化學計量學終身成就獎)
中國很多地方已經開展了化學計量學工作,俞汝勤先生介紹到,湖南大學一直比較重視這個方向,一直在堅持。在推動分析化學學科的信息化、現代化這個方向上,經過近40年的堅持,已經取得一定成績。出自湖南大學的梁逸曾就是中國化學計量學中相對活躍的一份子;湖南大學培養的其他20多位博士已經成為化學計量學各個小組的主要成員;還有一些到了美國一些有名的化學計量學研究組中擔任重要工作,隊伍已經根深葉茂。當然,中國還有其他一些很好的化學計量學研究小組。
化學計量學與中國分析儀器產業的升級
目前,我國科研經費不斷上漲,可是,很痛心的是,這些科研工作者把很大一部分錢讓外國公司掙走了!也就是高端科研儀器方面外國公司占到一個重要地位。這個不能怪罪科學家,你給他錢,他肯定買最好的儀器,這些都是外國公司生產,或者外國公司在中國生產并享有知識產權。我國處于儀器產業的低端,要培育更多的國產儀器企業,才能實現中國儀器產業升級。俞汝勤祝福到:“希望有一天,中國儀器公司能占到更大的份額。”
化學計量學是一個應用性非常強的一門學科,講究解決問題,尤其對于促進中國的分析儀器工業的發展,是一個可以、也需要努力的方向。現在儀器要具有核心競爭力,在于儀器的核心有智能化,比如各種分析儀器(色譜、光譜),可以變為智能色譜儀、智能光譜儀。這個“智能”是指全自動的、計算機控制的、處理數據全部自動化,只要打開開關,放入待測試樣品,得到的就是“你要的結果”或者說“有信息的答案”,從獲取的大量原始數據中得到所要的結果,而非原始的響應數據。這就好比,類似直接給病人結果:是否有病、得了哪個病,而不是給病人一堆數據、高級專家才能看懂的各種數據。俞汝勤先生說到,這里的核心技術就是“化學計量學”可以提供的。把化學計量學研究成果轉化為智能儀器,固化到儀器內,如果能做到這一點,將來中國的儀器就會有競爭力。在探索把化學計量學產業化的道路,梁逸曾在這方面邁出了一步,發展勢頭不錯。
現在,化學計量學研究成果,很多已經到了可以與產業界接軌的階段,但也有一些問題需要去解決,例如:如何保障研究人員的權益?如何引導產業界重視基礎研究?
像化學計量學這類科技含量高的領域,應該很好地去發展,以幫助企業取得原始創造成果,企業才能立于不敗之地,不再重復跟在別人后面的老路。需要強調堅持在基礎研究中投入的必要性和重要性,否則,永遠是別人做出來了,我們跟在后面學習,這樣比別人落后將是注定的!例如,日本向中國大規模轉讓顯像管電視技術,同時,日本企業依靠大量的基礎研發投入,掌握并推出了液晶平板電視技術,導致了當時的中國電視行業只能苦苦追趕的困難局面。也許有些人會強調,我們多是從模仿做起,沒辦法;不走這條路,走不過來。這也許是有一些道理的,但是,你不能老是模仿,你總是有一天要有一點主動性,這樣才能走向世界。
現在,有些問題,不是能一下解決,而是需要下一番功夫,甚至不是有錢就能解決的。我們國家有一點錢可以去做一些科學研究,但是這其中能有多少原創性的研究,有多少能帶動建立中國人能領頭的產業,哪怕做到像中國高鐵那樣的水平?中國人能不能在一些領域取得比較領先的地位,這不是一個簡單的國家榮譽的問題,這也是中國的發展道路的問題。化學計量學在將來是能夠給一些產業做貢獻的,現在的一些分析儀器設備和高精尖的設備,都免不了需要這樣一些部件,這些部件具有通用性。俞汝勤先生說到:“我相信我們會有‘我們最先想出來的東西’,這一天會來的,只是早晚!”